Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ведомым сетью управляемым вентильным преобразователям, и может быть использовано для питания и регулирования скорости электродвигателя постоянного тока с одновременной компенсацией.реактивной мощности.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные обмотки г которого соединены в звезду и подключены к трехфазному мостовому выпрямителю, а также устройство искусственной коммутации, выполненное в виде однофазного моста на тиристорах, в диагонали переменного тока которого установлен конденсатор, одним выводом подключенный к нейтрали звезды, причем катодная группа тиристоров однофазного моста соединена с катодной группой тиристоров трехфазного мостового выпрямителя, а подключение анодной группы тиристоров - соответственно 1 .

Недостаток этого устройства - необходимость высокой частоты коммутации, что приводит к дополнительным потерям. ,

Наиболее близким к изобретениюявляется преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий вторичную обмотку трансформатора, соединенную в звезду и подключенную к трехфазному мостовому выпрямителю, а также устройство искусственной коммутации, выполненное в виде однофазного моста на двух диодах и двух полностью управляемых вентилях, причем в диагонали переменного тока указанного моста установлен конденсатор, объединенные аноды диода и полностью управляемого вентиля под15ключены к нейтрсши звезды, а объединенные катоды диода и полностью управляемого вентнля подключены к катодной группе тиристоров трехфазного мостового выпрямителя.

20

С целью компенсации реактивной . мощности управление трехфазным мостовым выпрямителем осуществля-. ется с выполнением соотношения oL-g-d-Hf Д olg - угол управления

25 группы вентилей с естественной коммутацией, . о.ц - угол управления группы вентилей с искусственной коммутацией 2.

Однако такое управление г приводит

40 к наличию в кривой сетевого тока постоянкой составляющей, что вызывает подмагаичинание сетевого трансформатора. Дпя устранения этого явления необходимо осуществлять искусстI венную коммутацию вентилей в обеих группах моста, а для сохранения равенства cf,Q isL в-вести дополнительный трехфазный мостовой выпрямитель с естественной коммутацией вентилей. В этом случае возникает разница межд средними значениями выпрямленных напряжений моста с естественной и моста с искусственной коммутацией при c g--iin. Указанный недостаток рбус- ловлен разницей во внешних характеритиках преобразователей при естественной и искусственной коммутации и требует усложнения системы управления с целью автоматического поддержания равных средневыпрямленных на-, пряжений обоих мостов. Иначе возможн насыщение уравнительных реакторов. При автоматическом выравнивании средневыпрямленных напряжений -уже не соблюдается равенство , т.е. преобразователь не полностью компенсирован, что также является недостатком.

В динамических режимах даже при наличии системы автоматического регулирования равенства с/e--d р, може1 нарушиться из-за неодинакового быстродействия мостов с естественной и искусственной коммутацией при уменьшении и увеличении выпрямленного напряжения (мост с естественной коммутацией имеет запаздывание при уменьшении напряжения., мост с искусственной коммутацией, наоборот, имеет запаздывание при увеличении напряжения). В то же время современные мощные преобразователи выполняются в основном по мостовой схеме. При этом в калсдой ветви моста может быть два и более параллельно соединенных вентиля, что позволяет представить преобразователь в виде двух и более параллельно включенных мостов с питанием от общего источника.

Цель изобретения - повышение коэффициента мощности путем устранения постоянной составляющей с кривой сетевого тока, а также устранение разницы Между средними значениями выпрямленных напряжений параллельно работающих мостовых выпрямителей. ,

Эта цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазную обмотку трансформатора, соединенную в звезду и подключенную к первому трехфазному мостовому выпрямителю, устройство искусственной коммутации, выполненное в виде однофазного моста, в диагонали переменного тока которого установлен

конденсатор, два плеча образованы диодами, два - полностью управляемыми вентилями, введен второй трехфазный мостовой выпрямитель, подключённый параллельно первому через два уравнительных реактора, объединенные аноды диода и полностью управляемого вентиля указанного однофазного моста соединены с катодами первых двух введенных тиристоров анод одного из которых соединен с объединенными анодами трехфазных мостовых выпрямителей, а анод.другого - с нулевой точкой звезды, объединенные катоды диода и полностью управляемого вентиля указанного однофазного моста соединены с анодами вторых двух введенных тиристоров, катод одного из которых соединен с объединенными катодами трехфазных мостовых выпрямителей, а катод другого - с нулевой точкой звезды, причем выходные выводы образованы средними точками уравнительных реакторов.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь содержит трехфазную обмотку 1 трансформатора, соеиненную в звезду и подключенную к двум параллельно работающим трехфазным мостовым выпрямителям, первый - на тиристорах 2-7, второй на тиристорах 8-13. Средние точки уравнительных реакторов 14 и 15 образуют выходные выводы,для подключения нагрузки 16. Устройство искусственной коммутации выполнено в виде однофазного моста, содержащего диоды 17 и 18 и полностью управляемые вентии 19 и 20. Конденсатор 21 установлен в диагонали переменного тока. Объединенные аноды диода 18 и полностью управляемого вентиля 20 подключены, к катоДам первых тиристоров 21 и 22, а объединенные катоды диода 17 и полностью управляемого вентиля 19 подключены к анодам вторых тирису торов 23 и 24. Анод тиристора 21 соединен с объединенными анодами трехфазных мостовых выпрямителей, а катод тиристора 23 - с объединенными катодами этих выпрямителей. Анод тиристора 22 и катод тиристора 24 подключены к нулевой точке звезды обмотки 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсатор 21 заряжен от вспомогательного малоощного источника (не показан) до напряжения, большего, чем амплитуда фазного напряя(ения обмотки 1 трансформатора. Полярность обкладок заряженного конденсатора 21 указана на чертеже. В процессе работы преобразователя с помощью тиристоров 21 „ 22 и 23, 24 устройство искусственной коммутации поочередно подключается к тиристорам 2-4 и 11-13 мостовых выпрямителей преобразователя. Это подключение осуществляется в такой последовательности.

Пусть, например, нужно скоммутировать ток из тиристора 2 в тиристор 3. Тогда включаются тиристоры 22 и 23г а также вентили 19 и 20 и под действием напряжения конденсатора 21 ток из тиристора.2 и фазн обмотки трансформатора, присоединенной к этому тиристору, переходит в цепь; нулевая точка звезды обмотки 1 трансформатора - тиристор 22 - ветиль 20 - конденсатор 21 - вентио ь 19 - тиристор 23. При этом конденсатор частично разряжается. После, полного перехода тока в упомянутую, цепь вентили 19 и 20 размыкаются и ток идет по цепи: нулевая точка обмотки 1 трансформатора - тиристор 22 - диод 18 - конденсатор 21 диод 17 - тиристор 23. При этом происходит дозаряд конденсатора и восстановление его первоначального напряжения, а ток из конденсатора переходит в цепь фазы, присоединенной к тиристору 3 (на схеме этот путь тока показан пунктиром). Когда ток через конденсатор 21 станет равным нулю, т.е. после завершения цикла единичной искусственной коммутации, то тиристоры 22 и 23 автоматически запираются, ввиду отсутстви тока, и схема приходит в состояние готовности к о.чередной коммутации. Очередная искусственная коммутация происходит в группе тиристоров 11 13 мостового выпрямителя и начинается с включения тиристоров 21-24 и вентилей 19 и 20. в остальном процесс коммутации идентичен вышеописанному.

Таким образом, в схеме каждый из двух мостовых выпрямителей работет с комбинированной коммутацией: одна группа тиристоров (5-7) первого выпрямителя работает г(ри естественной коммутации, другая (2-4) при искусственной коммутации, аналогично, во втором выпрямителе: тиристоры 8-10 имеют естественную коммутацию, а тиристоры 11-13 искусственную.

Недостатком этой схемы является необходимость в установке уравнительных реакторов.

Достоинство заключается в том, что преобразователь может быть выполнен в бестрансформаторном варианте (подключением обоих мостов к трехфазной питающей сети), при этом гармонический состав сетевого и выпрямленного тока оказывается таким же, как при последовательном

соединении двух мостов с питанием от двух обмоток трансформатора и поочередным или комбинированньам управлением. Габариты же уравнительных реакторов значительно меньше габаритов трансформатора, необходимого в известных схемах. . Для исключения небольшой постоянной составляющей напряжения на реакторах 14 и 15, обусловленной

0 поочередной искусственной коммутацией с включением тиристора 21 и 23, эти ректоры могут быть выполнены на общем сердечнике (связь показана пунктиром). Таким образом, одним

5 общим устройством искусственной коммутации осуществляется.поочередная коммутация тиристоров в катодной группе одного и анодной группе другого трехфазного мостового выпрямителя, lyj При этом среднее значение выпрямленных напряжений параллельно рабо-. :тающих выпрямителей равны во всем диапазоне регулирования преобраэователя.

5 I

Преобразователь по гармоническому

составу сетевого и выпрямленного тока эквивалентен двухмостовому с последовательным соединением мостов, отли0чаясь от последнего наличием только одного источника питания и меньшими потерями в вентилях.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазную обмотку трансформатора, соединенную в звезду и подключенную к первому трехфазному мостовому выпрямителю, устройство искусственной коммутации, выполненное в виде однофазного моста,в диагонали переменного тока которого установлен конденсатор, два плеча образованы диодами, два - полностью управляе олми вентилями, отличающийся тем, что, с, целью повышения коэффициента мощности, введен второй трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный параллельно первому через два уравнительных реактора, объединенные аноды диода и полностью управляемого вентиля указанного однофазного моста соединены с катодами первых двух введенных тиристоров, анод одного из которых соединен с объединенными анодами трехфазных мостовйх выпрямителей, а анод другого - с нулевой тонкой звезды, объединенные катоды диода и полностью управляемого вентиля указанного моста соединены с анодами вторых двух введенных тиристоров, катод одного из которых соединен с объединенными катодами трехфазных мостовых вьшрямитёлей, а катод другого - с нулевой точкой звезды, причем выходные выводы образованы средними точками уравнительных реакторов.

77

фг/

Г. 2

7

4з

л

я

Г

If

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 752685, кл. Н 02 М 7/12, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 5 . 764Р67, кл. Н 02 М 7/12, 1976.

L 20

L